CrossLink在视频领域的应用实例分析
时间：2017-03-01 10:55:00
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大约九个月前，莱迪思半导体推出了一款创新的视频桥接解决方案，能够帮助设计工程师充分发挥最新一代的处理器、显示屏和传感器的性能。这款新器件叫作CrossLink，可为设计工程师提供开发高性能、低功耗和小尺寸桥接解决方案的全新途径，满足当今快速变化的I/O需求。
CrossLink器件定义了一类全新的可编程专用标准产品（pASSP），它将现场可编程门阵列（FPGA）的灵活性和快速上市优势与ASSP优化的功耗和功能优势相结合。吸引力是显而易见的。这款全新的器件可实现业界最快的MIPI D-PHY桥接解决方案，支持高达4K UHD的分辨率和12 Gbps带宽。同时，它还提供适用于移动应用的6 mm2封装，实现低功耗工作。CrossLink器件为设计工程师提供极具吸引力和性价比的解决方案来桥接不同的视频接口标准，以充分利用当代移动处理器的创新技术，将设计迁移到MIPI标准接口，并仍然保留对传统传感器和/或显示屏的投资。
去年9月，莱迪思还为CrossLink桥接产品系列添加了适用于汽车高级驾驶辅助系统（ADAS）和车载信息娱乐应用的新成员。随着汽车制造商不断集成更多低成本图像传感器和显示屏以满足不断增长的技术要求，这就需要解决传感器、显示屏和应用处理器之间的接口不匹配的问题。CrossLink器件能够帮助制造商在满足上述需求的同时，缩减总体成本、功耗和尺寸。
莱迪思工程师依托客户反馈，致力于为最常用的移动、摄像头、显示屏和传统接口提供CrossLink桥接解决方案。pASSP具备由移动FPGA架构围绕的两个MIPI D-PHY硬件块。器件的可编程I/O支持各种常用接口，包括MIPI D-PHY、MIPI CSI-2、MIPI DSI、CMOS、RGB、MIPI DPI、MIPI DBI、subLVDS、SLVS、LVDS和OpenLDI。
CrossLink器件框图
典型的早期应用是MIPI CSI-2、MIPI DSI、RGB、CMOS、OpenLDI、LVDS和SLVS接口的简单转换以及图像传感器、应用处理器和显示屏上的多个接口的合并或拆分。随着潜在客户对CrossLink器件的了解进一步深入，他们开始与莱迪思进行接洽以解决置换系统中原有功能时发生的问题。在大多数上述应用中没有可用的桥接解决方案，并且应用面太狭窄，开发独立ASSP性价比太低。现在，设计工程师可利用CrossLink器件的可编程性开发从未考虑过的全新解决方案。此外，Crosslink器件的强大可编程性使得开发工程师能够实现全新的应用。
2017年2月21日，莱迪思推出了适用于Crosslink器件的五款全新应用，进一步突出该器件的灵活性，适用于快速发展的视频桥接市场。其中三款是全新的视频桥接解决方案，两款是传统的接口转换解决方案。
CSI-2中继器
这款全新的IP适用于多种应用。在较大型的系统中，图像传感器的输出信号可能在系统中进行传输时发生衰减。通常情况下，信号从模块通过线缆到达连接器并穿过PCB。随着系统尺寸的增长，高速、低功率信号可能会快速衰减。在本实例中，中继器将在连接器之后获取信号，清除信号，并重新生成信号到PCB板（如图所示）。
1进1出的MIPI CSI-2显示接口桥接
CrossLink的中继器功能使得设计工程师能够更轻松地将CSI-2摄像头集成到更大型的系统中。在图像传感器与应用处理器之间的分包和时序存在问题的应用中，中继器也能发挥作用。在某些情况下，设计工程师需要在处理器接受数据之前重做或重新组织一些数据包。
另外，一些摄像头在视频帧的活动像素区域外还有额外的像素。这类系统有时候可以用于在图像到达应用处理器之前进行裁剪或缩放。使用莱迪思的CrossLink器件中的FPGA架构，设计工程师可以对CSI-2中继器进行编程，实现以高的粒度执行此类功能。
CSI-2分离器
在一些移动设备、无人机和具备机器视觉功能的汽车应用中，设计工程师需要将来自一个CSI-2摄像头的输出发送到两个处理器。该CSI-2分离器IP可在采用标准应用处理器和图像或机器视觉辅助处理器的系统中发挥重要作用（如图所示）。
1进2出的MIPI CSI-2摄像头分路器桥接
通过将CSI-2信号分离传输到各个处理器，应用处理器可以直接在监视器上显示图像数据或参与用户交互功能，而专用处理器可以使用相同的数据为高端应用执行分析或图像增强功能。
4:1 CSI-2到CSI-2多路复用/合并
越来越多的应用开始采用更多摄像头。当前的汽车和无人机设计通常采用四个摄像头。 随着摄像头数量的增加，设计工程师需要从四个图像传感器获取输出，并将四个图像传感器中的两个合并为单个CSI-2输出。凭借CrossLink器件，设计工程师可以使用一个GPIO引脚在他们希望使用的两个摄像头之间进行切换。
4:1 CSI-2到CSI-2多路复用/合并
上述三款全新的IP可帮助设计工程师使用CrossLink器件来更好地管理带宽，而莱迪思还将继续壮大用于格式转换的传统桥接解决方案系列。
2:2 LVDS到MIPI DSI桥接
首先要介绍的是全新的2:2 LVDS/FPD-Link/OpenLDI到MIPI DSI的桥接。对于带宽需求迅速增长的应用而言，例如VR头盔、车载信息娱乐系统和工业机器视觉应用，设计工程师需要支持更高分辨率的移动显示屏。这款全新的IP使得设计工程师能够将双路LVDS接口转换为两个MIPI DSI输出。该功能使设计工程师能够灵活地在设计中使用一个高分辨率或两个低分辨率显示屏。
2:2 LVDS到MIPI DSI桥接
300 MHz CMOS到MIPI DSI/CSI桥接
目前，用于投影仪、VR/AR、视频会议、机顶盒以及车载信息娱乐系统等应用的一些现有解决方案采用性能很好的处理器和摄像头，但在实际应用中受到诸多限制，因为它们仅支持高速率（300MHz）CMOS总线。例如，某些器件具有一个CMOS或RGB接口，可以在高达300MHz的频率下工作，但必须进行升级才能支持CSI-2。同样，一些处理器不支持300MHz CMOS，但可以支持DSI或CSI-2。这款桥接解决方案能够让设计工程师将接口桥接至MIPI DSI显示屏或CSI-2摄像头，支持高达4K的分辨率。
300 MHz CMOS到MIPI DSI/CSI桥接
为了加快开发进度，莱迪思提供CrossLink LIF-MD6000主链路板，使得设计工程师能够评估CrossLink器件。评估板可以与莱迪思的Diamond设计软件中提供的免费CrossLink IP配合使用。
主链路板
套件包括SMA和I/O分线子板，可满足系统集成需求。LIF-MD6000主链路板还包括一个Mini USB Type-B连接器，用于对CrossLink器件以及MachXO3 FPGA进行编程，MachXO3 FPGA能够提供额外的GPIO和用于外设的资源。莱迪思还为Raspberry Pi提供子板。用户可以通过CrossLink器件将两个MIPI CSI-2摄像头连接到Raspberry Pi处理器。
上述解决方案只是全新的CrossLink器件应用实例的一小部分。该器件独一无二的可编程性和设计灵活性将不断推动创新。设计工程师使用CrossLink器件不仅可以直接对视频流进行操作，而且还可以处理同一设备中的外设转换，例如将I2C从设备转换为多个I2C主设备，将I2C从设备转换为SPI主设备，或创建I2C寄存器映射以控制用于图像传感器触发的各种GPIO。这种功能整合可减少系统芯片数量和成本。
传感器和显示屏的使用量毫无疑问将继续增长，CrossLink器件大有用武之地，而且在非视频领域的潜力也不容小觑。在不久的将来，开发商将会把应用处理器上的CSI-2和DSI端口用作各类数据的串行链路，例如雷达、高速ADC和DAC、外设传感器和时间戳。CrossLink器件可以获取这些非视频数据，将其打包为自定义或标准数据类型的MIPI CSI-2和MIPI DSI格式，并将数据发送到应用处理器进行后期处理。CrossLink器件拥有无限可能！
